Установка производства азотной кислоты

В производстве азотной кислоты, существенное значение имеет получение однородной аммиачно-воздушной смеси. На практике смешение аммиака и воздуха осуществляется простым механическим смешением аммиака и воздуха. При таком способе трудно провести смешение таким образом, чтобы получить однородный состав аммиачно-воздушной смеси.

Получение однородности смеси затруднено из-за разности плотностей аммиака и воздуха. В результате при механическом смешении аммиака с воздухом встречаются отдельные струйки аммиака которые, попадая на катализаторные сетки, разлагаются на азот и водород, уменьшая тем самым степень конверсии аммиака. В другом случае струйки аммиака могут образовать аммиачно-воздушную смесь выше 18-20% содержания аммиака и вызвать локальный взрыв в контактном аппарате. Однородности смеси газов можно достичь путем выравнивания плотностей газов. В предложенном способе это достигается за счет динамического смешения аммиака и воздуха, при котором происходит расщепление полимолекулярных компонентов, и получение высокой степени однородности смеси. Это обеспечивает получение высокой степени конверсии аммиака.

Полезная модель относится к химической, нефтехимической, пищевой промышленности и процессам, где осуществляется смешение двух и более видов газов с разными теплофизическими показателями, в частности, процессу смешения аммиака и воздуха в производстве азотной кислоты.

В существующих установках производства азотной кислоты процесс смешения атмосферного воздуха с аммиаком, кроме агрегатов по схеме 0,1-0,35 МПа, происходит в механических смесителях. На других агрегатах УКЛ-7, или АК-72 механические смесители не могут обеспечить полного смешения аммиака и воздуха, что ведет к ухудшению процесса конверсии аммиака в контактном аппарате. Полная однородность аммиачно - воздушной смеси, поступающей в зону контактирования, является одним из основных условий получения высокого выхода оксида азота. Хорошее смешение газов необходимо не только для обеспечения высокой степени контактирования, но и предохраняет от опасности взрыва. Недостаточно хорошее смешение аммиака и воздуха может привести к взрыву, так как несмешавшаяся часть аммиака по соотношению с воздухом может достичь взрывной концентрации. Конструкция и объем смесителя должны в полной мере обеспечивать хорошее смешивание аммиака и воздуха и исключить проскок аммиака отдельными струями на катализатор

В качестве прототипа выбрана схема смешения аммиака и воздуха на агрегатах производства азотной кислоты по схеме, УКЛ - 7 [1].

В процессе исследования степени конверсии аммиака в контактном аппарате было обнаружено неравномерное распределение температуры на поверхности платиноидных сеток. Причиной разброса температуры является неудовлетворительное смешение аммиака с атмосферным воздухом, что приводит к снижению степени конверсии аммиака по площади платиноидных сеток в контактном аппарате и из-за чего степень конверсии не превышает 93-95%. [2].

Низкая степень конверсии приводит к потере от 3 до 7% аммиака, а также снижению производительности.

С целью достижения однородности аммиачно-воздушной смеси существующий механический смеситель выносится за пределы контактного аппарата, и к нему подводятся линии аммиака и воздуха. Полученная смесь поступает на двухсекционный динамический смеситель с приводом от электродвигателя, представляющий собой цилиндрическую емкость с вентилятором внутри, имеющую перегородку в нижней части емкости с открытой площадью - разрез, равный площади сечения трубы, подающей аммиачно-воздушную смесь, где создается некоторое сопротивление за счет поворота и дополнительный динамический режим, при котором происходит расщепление полимолекулярных компонентов, имеющих большую плотность по отношению к воздуху и в результате, обеспечивается достижение однородности смеси и равномерное распределение по всей поверхности платиноидного катализатора и одинаковой температуры. Поскольку аммиак и воздух поступают под давлением, электроэнергия тратится только на вращение вентилятора. Две секции предусматриваются для полного объемного смешения воздуха и аммиака.

После смешения аммиака и воздуха в динамической двухсекционной емкости аммиачно-воздушная смесь подается в контактный аппарат.

Качественное смешение аммиака с воздухом, равномерность распределения потока аммиачно-воздушной смеси по сечению катализатора и температура катализа являются определяющими факторами процесса конверсии по производительности установки.

Продолжительная эксплуатация установки азотной кислоты показывает, что степень конверсии значительно больше зависит от степени смешения аммиака и воздуха, чем от чистоты сырья. Достаточно хорошая очистка аммиака от масла и ряд мероприятий по очистке воздуха обеспечивают довольно хорошее качество аммиачно-воздушной смеси, достигая тем самым сравнительно высокой степени конверсии аммиака.

На рис.1 приведен узел подготовки аммиачно-воздушной смеси с динамической системой выравнивания смеси составляющих газов, где: 1.Фильтр воздуха; 2. Осевой компрессор, 3. Подогреватель питательной воды; 4. Испаритель аммиака, 5. Вынесенная система механического смешения аммиака и воздуха, 6. Динамический двухсекционный смеситель с вентилятором; 7. Контактный аппарат; 8 Котел утилизатор; 9. Паросборник.

Атмосферный воздух проходит трехступенчатую очистку. Первые две ступени - сухая - на суконном фильтре и мокрая - на тарельчатом. Они совмещены в одном аппарате, и располагаются перед входом воздуха в компрессор. Далее очищенный воздух поступает на всасывание осевого компрессора 2, где сжимается до 0,716 МПа. Нагретый до 174°С воздух поступает на подогреватель питательной воды 3 и далее разделяется на две линии. Одна линия при температуре воздуха 42°С поступает на подогреватель жидкого аммиака 4, и затем воздух направляется на продувочную колонну для отдувки нерастворенных нитрозных газов из продукционной кислоты. Вторая линия воздуха и линия из газообразного аммиака подводятся на механический смеситель 5. Образовавшаяся аммиачно-воздушная смесь (АВС) подводится на двухсекционный динамический смеситель с приводом от электродвигателя 6, после динамического смесителя АВС поступает на контактный аппарат 7, в нижней части контактного аппарата 7 располагается пароперегреватель 8 котла утилизатора 9.

Предложенная система подготовки АВС обеспечит получение высокой степени конверсии аммиака и повышение производительности конечного продукта в производстве азотной кислоты. Повышение производительности приведет к уменьшению себестоимости конечного продукта [3].

Использованная литература:

1. Справочник азотчика, изд. 2-е, М, Химия, 1987..

2. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности, под редакцией В.М.Олевского, М, Химия, 1985.

3. Е.И.Перлов, В.С.Багдасарян, Оптимизация производства азотной кислоты, М, Химия 1983

Установка для производства азотной кислоты, включающая систему подготовки аммиачно-воздушной смеси и контактный аппарат, отличающаяся тем, что она содержит механический смеситель аммиака и воздуха, соединенный с двухсекционным динамическим смесителем с приводом от электродвигателя, представляющим собой цилиндрическую емкость с вентилятором внутри, имеющую перегородку в нижней части емкости, установленную с зазором, равным площади сечения трубы, подающей аммиачно-воздушную смесь, при этом динамический смеситель соединен с контактным аппаратом.